Thiết kế thiết bị lọc bụi tay áo cho nhà máy xi măng

MỤC LỤC Chương I : GIỚI THIỆU XI MĂNG VÀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP XI MĂNG 3 Sơ lược về xi măng 3 Tổng quan về ngành công nghiệp xi măng Việt Nam 3 Vai trò và nhu cầu xi măng 3 Phân loại xi măng 4 Chương II : GIỚI THIỆU VỀ BỤI XI MĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 5 2.1. Sơ lược về bụi 5 2.2. Bụi xi măng 5 2.3. Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng và nguồn phát thải bụi trong quá trình sản xuất 6 2.4. Đặc trưng ô nhiễm bụi và khí thải của các nhà máy sản xuất xi măng 9 2.5. Các phương pháp xử lý 10 2.5.1. Phương pháp lọc bụi khô 10 . 2.5.1.1. Buồng lắng bụi 10 2.5.1.2. Cyclon 10 2.5.1.3. Hệ thống lọc túi vải 11 2.5.2. Phương pháp lọc bụi tĩnh điện 12 2.5.3. Phương pháp lọc bụi ướt 12 Chương III : ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 15 Cơ sở lựa chọn 15 Sơ đồ công nghệ 16 Chương IV : GIỚI THIỆU VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LỌC BỤI TAY ÁO 18 Các thiết bị lọc bụi 18 Thiết bị lọc bụi tay áo 17 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị lọc bụi tay áo 19 Cơ chế của quá trình lọc 20 Nguyên lý hoạt động thiết bị lọc bụi tay áo 20 Vật liệu lọc của thiết bị lọc bụi tay áo 21 Thông số vận hành của thiết bị 22 Tính toán thiết bị 23 Chương V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 5.1. Kết luận 38 5.2. Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 Chương I : GIỚI THIỆU XI MĂNG VÀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP XI MĂNG Sơ lược về xi măng Xi măng (từ tiếng Pháp: ciment) là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định. Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kết dính thủy lực. Các nguyên liệu chính dùng để sản xuất xi măng là đá vôi, đá sét được khai thác từ các mỏ gần nhà máy. Ngoài ra còn sử dụng các nguyên liệu điều chỉnh như quặng sắt, silica (hoặc bôxit). Tổng quan về ngành công nghiệp xi măng Việt Nam Vai trò và nhu cầu xi măng Xi măng là một trong những cơ sở công nghiệp được hình thành và phát triển sớm nhất ở Việt Nam. Cái nôi đầu tiên của Ngành xi măng Việt Nam là Nhà máy Xi măng Hải Phòng, được khởi công xây dựng ngày 25/12/1899 với nhãn mác con Rồng Xanh, Rồng Đỏ đã có mặt tại Hội chợ triển lãm Liege (Pháp) năm 1904 và hàng vạn tấn xi măng Hải Phòng đã có mặt trên thị trường tiêu thụ ở các nước như vùng Viễn đông, Vladivostoc, Java (Indonesia), Hoa Nam (Trung Quốc), Singapore... Đến nay đã có khoảng 90 Công ty, đơn vị tham gia trực tiếp sản xuất và phục vụ sản xuất xi măng trong cả nước, trong đó: khoảng 33 thành viên thuộc tổng công ty xi măng Việt Nam, 5 công ty liên doanh, và hơn 50 công ty nhỏ và các trạm nghiền khác. Theo thống kê từ năm 1991 đến năm 1996, nhu cầu xi măng tại Việt Nam có sự tăng trưởng đột biến ở mức bình quân trên 20% mỗi năm. Trong khi ấy tăng trưởng sản lượng xi măng cả nước chỉ đạt mức bình quân 15% mỗi năm và hầu hết các nhà máy xi măng lò quay đã đạt sản lượng tối đa. Vì vậy để đáp ứng đủ nhu cầu xi măng cho xây dựng trong thời gian này, nước ta phải nhập khẩu tới 6,37 triệu tấn xi măng. Cung ứng xi măng cả nước giai đoạn từ 2007 đến 2010 bình quân mỗi năm tăng khoảng 7 triệu tấn. nhu cầu cả nước tăng khoảng 4,2 triệu tấn/năm. Tổng cung xi măng vào năm 2010 đạt khoảng 59,02 triệu tấn so với tổng cầu 49,4 triệu tấn. Các chỉ tiêu kinh tế ngành xi măng 2007 – 2010 :
Dự báo nhu cầu xi măng đến năm 2020 :  Đơn vị  Năm 2010  Năm 2015  Năm 2020   Xi măng  ( triệu tấn)  59,02  88,5  112   (Theo quyết định số 121/08 QĐ-TTg) Trong những năm qua ngành xi măng đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế  Việt Nam, trung bình từ 10% - 12% GDP. Vì thế Chính phủ xác định Xi măng là ngành phát triển chiến lược nhằm hỗ trợ phát triển kinh tế. Phân loại xi măng Hiện tại, theo tiêu chuẩn Việt nam, ngoài hai chủng loại xi măng pooclăng thông dụng được ký hiệu là PC và PCB còn có quy định một số loại xi măng đặc biệt bao gồm: -Xi măng pooclăng trắng, ký hiệu: PCW.-Xi măng pooclăng puzôlan, ký hiệu: PCPuz.-Xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, tiêu chuẩn hiện hành không quy định ký hiệu.-Xi măng pooclăng bền sunphát, ký hiệu: PCS và PCHS.-Xi măng pooclăng ít toả nhiệt, ký hiệu: PCLH Chương II. GIỚI THIỆU VỀ BỤI XI MĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Sơ lược về bụi Bụi là một tập hợp nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu trong không khí dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi khói mù. Bụi là hệ thống bao gồm hai pha : pha khí và pha rắn rời rạc. Các loại bụi nói chung thường có kích thước từ 0,001µm - 10µm (micron) bao gồm tro, muội, khói và những hạt chất rắn tồn tại dưới dạng hạt rất nhỏ, chuyển động theo kiểu Brown, hoặc rơi xuống đất với tốc độ không đổi theo định luật Stock. Loại bụi này thường gây tổn thương nặng cho cơ quan hô hấp, nhất là bệnh phổi nhiễm bụi thạch anh (silicosis) do thở hít không khí có bụi bioxyt silic lâu ngày. Bụi lắng có kích thước lớn hơn 10µm, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần. Các loại bụi này thường gây tác hại cho da, mắt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng. Bụi có thể có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ. Bụi hữu cơ như bụi thực vật (gỗ, bông), bụi động vật (len, lông, tóc), bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su). Bụi vô cơ như bụi khoáng chất (thạch anh, amiăng), bụi kim loại (sắt, đồng, chì). Bụi nhỏ hơn 0,1µm lơ lửng trong không khí, không ở lại phế nang. Bụi từ  0,1µm - 5µm ở lại phổi, chiếm tới 80% - 90%. Bụi từ  5µm - 10µm vào phổi nhưng lại được đào thải ra. Bụi lớn hơn 10µm thường đọng lại ở mũi. Bụi gây nhiều tác hại khác nhau nhưng trong đó tác hại đối với sức khỏe con người là quan trọng nhất . Về sức khỏe, bụi có thể gây tổn thương với mắt, da hoặc hệ tiêu hóa ( một cách ngẫu nhiên ), nhưng chủ yếu vẫn là sự xâm nhập của bụi vào phổi thông qua hít thở. Bụi xi măng : Nhìn chung xi măng không gây bệnh bụi phổi nhưng nếu trong thành phần của bụi xi măng có trên 2% silic tự do và tiếp xúc lâu trong một thời gian dài có thể phát sinh bệnh bụi phổi. Động vật hít thở bụi xi măng không gây một biến đổi bệnh lý cấp tính hoặc mãn tính nào. Tuy nhiên bụi bám trên lá và thân cây làm cho thực vật không quang hợp được. Quá trình phát sinh bụi và khí thải : Xét toàn bộ các hoạt động của các nhà máy từ khâu khai thác vận chuyển nguyên, nhiên liệu đến khâu xuất sản phẩm thì bụi và khí thải sinh ra ở nhiều công đoạn khác nhau. Tuy nhiên khí thải độc hại chỉ chiếm một phần rất nhỏ còn nguồn ô nhiễm không khí chủ yếu là bụi. Tuỳ thuộc vào nguồn phát sinh mà bụi ở các công đoạn có thành phần, nồng độ và kích thước khác nhau, chúng mang những đặc trưng khác nhau. 2.3.Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng và nguồn phát thải bụi trong quá trình sản xuất: Công đoạn khai thác, đập và vận chuyển đá vôi về kho trong nhà máy : Nguồn bụi sinh ra từ hoạt động nổ mìn, vận chuyển đá vôi bằng ô tô từ mỏ về nhà máy. Khi về đến nhà máy thì bụi phát sinh từ phễu tiếp nhận đá vôi (cỡ hạt < 1500µm) của máy búa và khi ra khỏi máy (cỡ hạt ≤ 50µm). Ở công đoạn này, máy búa không gây bụi mà bụi chủ yếu sinh ra do ô tô đổ đá vôi vào phễu, lượng bụi này rất lớn. Sau máy đập búa đá vôi cỡ hạt ≤ 50µm được chuyển đến kho chứa bằng hệ thống băng tải cao su và cầu rải liệu di động, giai đoạn này do quá trình đổ rót, chuyển đổi vị trí băng tải phát sinh bụi vào môi trường không khí xung quanh. Công đoạn khai thác, đập nhỏ (bên ngoài nhà máy) và vận chuyển đất sét về kho trong nhà máy : Nguồn bụi phát sinh từ phễu tiếp nhận đá sét (cỡ hạt ≤ 500µm) của máy đập và sau khi ra khỏi máy (cỡ hạt ≤ 50µm). Ra khỏi máy đập đá sét được vận chuyển về kho chứa trên băng tải cao su và thiết bị rải đống giữa, quá trình này phát sinh bụi từ các điểm rót tại các vị trí chuyển đổi đá sét. Đối với các nguyên liệu như Silica, xỷ Pirit và than : Chỉ có nguồn phát sinh bụi trong quá trình tiếp nhận và vận chuyển nguyên liệu cùng sử dụng chung dây chuyền với vận chuyển đá sét (không qua công đoạn đập) nên các vị trí phát sinh bụi tương tự vận chuyển đá sét. Đối với thạch cao và phụ gia : Nguồn bụi phát sinh trong quá trình bốc nguyên liệu, cấp liệu cho máy đập búa để xử lý cỡ hạt từ ≤ 500µm xuống ≤ 30µm và vị trí chuyển đổi băng tải cao su với băng rải đống di động. Tại các kho chứa và đồng nhất nguyên liệu : Bụi phát sinh từ các vị trí chuyển đổi của băng tải và tại các vị trí đổ rót nguyên liệu vào két định lượng. Công đoạn tồn trữ và rút nguyên liệu cho máy nghiền : Nguồn bụi phát sinh trong quá trình rút kho nhờ băng cào, các điểm chuyển đổi trên băng tải cao su và điểm rót vào két định lượng trước máy nghiền. Công đoạn nghiền nguyên liệu : Nguyên liệu từ các két định lượng qua hệ thống cân định lượng xuống băng tải chuyển vào máy nghiền. Tại các máy nghiền liên hợp chu trình kín (có sử dụng khí thải đốt than trong lò nung nguyên liệu và lò nung clinker để sấy khô nguyên liệu nâng cao hiệu suất cho quá trình nghiền) các hạt mịn được đưa tới thiết bị xử lý bụi sơ cấp. Tại các thiết bị xử lý bụi sơ cấp các hạt mịn được giữ lại còn phần khí và bụi sẽ được đưa qua các hệ thống lọc bụi tiếp theo để đảm bảo nồng độ bụi của khí thải ≤ 50mg/Nm3 và nhiệt độ khí thải ≤ 150oC. Trong trường hợp máy nghiền không hoạt động nguồn khí thải này sẽ được chuyển vào tháp điều hoà có hệ thống phun nước làm lạnh giảm nhiệt độ xuống ≤ 150oC rồi cũng đưa về thiết bị lọc bụi trước khi thải ra ngoài qua ống khói. Công đoạn đồng nhất bột liệu và cấp liệu lò nung : Bột phối liệu được vận chuyển lên đỉnh Silô đồng nhất bằng băng tải và cấp vào thùng cấp liệu, tại đây phát sinh bụi do bột liệu vận chuyển trên máng thuỷ lực và đổ từ băng tải vào thùng cấp liệu. Tiếp theo bột liệu được đưa vào cân định lượng tới thiết bị lọc bụi của lò nung. Tại đây bụi chủ yếu phát sinh tại vị trí bột liệu vào và ra khỏi cân. Công đoạn nghiền và cung cấp than : Nguồn ô nhiễm có vị trí phát sinh tương tự công đoạn nghiền phối liệu. Những vị trí phát sinh khí và bụi trong quá trình rút than từ kho, vận chuyển đổ rót vào két than thô, vào máy nghiền con lăn đứng. Tại máy sấy nghiền than, than bột được vận chuyển bằng dòng khí nóng (từ máy làm nguội clinker) tới xyclon lắng để chuyển tới két than mịn. Phần khí sau khi sấy than được sẽ đưa qua thiết bị lọc bụi rồi thải ra ngoài qua ống khói. Công đoạn nung Clinker : Bột liệu sau khi được Canxi hoá tại buồng phân huỷ vào lò nung để tiếp tục quá trình nung Clinker. Nguôn gây ô nhiễm chủ yếu là khí nóng toả ra xung quanh vỏ và 2 đầu lò. Toàn bộ được bao bọc kín nên khí thải sinh ra từ lò nung không thoát đựoc ra ngoài và chúng được đưa qua thiết bị làm lạnh. Công đoạn làm nguội clinker : Clinker từ lò nung đi ra có nhiệt độ rât cao được làm lạnh đột ngột bằng thiết bị làm lạnh nhằm làm nguội clinker từ 1350oC xuống khoảng 90oC. Hệ thống làm lạnh sử dụng các quạt gió có lưu lượng rất lớn lấy không khí bên ngoài thổi qua các ghi và xáo trộn clinker nằm trên ghi đồng thời hạ nhiệt của clinker. Công đoạn vận chuyển và chứa clinker : Bụi ở công đoạn này phát sinh chủ yếu do quá trình chuyển đổi trên các băng tải và đổ clinker vào Silô. Công đoạn nghiền xi măng : Nguồn ô nhiễm chủ yếu là bụi xi măng trong quá trình từ cân định lượng xuống hệ thống vận chuyển xi măng. Bột xi măng sau khi ra khỏi máy nghiền được chuyển tới thiết bị phân ly và tập trung vào các xyclon lắng rồi chuyển tới Silô chứa. Phần khí thải sau phân ly và phần khí thải cho thông gió máy nghiền được xử lý bằng thiết bị lọc bụi. Công đoạn chứa và đóng bao xi măng thành phẩm : Bụi sinh ra chủ yếu là bụi xi măng trong quá trình vận chuyển xi măng đến Silô. Như vậy, nguồn gây ô nhiễm không khí trong nhà máy chủ yếu do khói lò hơi, các buồng đốt, bụi trong quá trình đập nghiền, vận chuyển nguyên nhiên liệu, xi măng và bụi, khí độc từ quá trình nung, làm lạnh cliker và nghiền xi măng. Đặc trưng ô nhiễm bụi và khí thải của các nhà máy sản xuất xi măng : Đặc trưng ô nhiễm từ hệ thống sản xuất đối với môi trường không khí là ô nhiễm bụi (bụi than, đá sét, đá vôi, thạch cao, xỷ pirit,clinker, xi măng và bụi của quá trình đốt dầu MFO), khí độc (SO2, NO2, CO2). Ô nhiễm từ quá trình đốt nhiên liệu : Xét tất cả các nguồn thải từ nhà máy xi măng thì khí thải từ lò nung nguyên liệu và lò nung clinker, khí thải từ các công đoạn sấy nguyên liệu và lò hơi là nguồn chính và kiểm soát được. Tải lượng các chất ô nhiễm trong khí thải, thải qua các ống khói chính được tính toán trên cơ sở hệ số ô nhiễm của Tổ chức Y tế thế giới WHO và các thông số về thành phần than cũng như đặc điểm của các quá trình công nghệ của nhà máy. Bụi xi măng ở dạng rất mịn( cỡ hạt nhỏ hơn 3μm) lơ lửng trong khí thải, khi hít và phổi dễ gây bệnh về đường hô hấp. Đặc biệt, khi hàm lượng SiO2 tự do lớn hơn 2% có khả năng gây bệnh silicon phổi, một bệnh được coi là bệnh nghề nghiệp nguy hiểm, phổ biến nhất của công nghệ sản xuất xi măng. Ngoài ra, bụi theo gió phát tán rất xa, sa lắng xuống mặt đất và nước, lâu dần làm hỏng đất trồng , suy thoái hệ thực vật. Bụi trong không khí là vấn đề nan giải nhất trong công nghiệp sản xuất xi măng. Bụi phát sinh từ hầu hết các công đoạn sản xuất: nổ mìn, lấy đá, khai thác đất sét, nghiền nguyên liệu, nghiền xi măng, vận chuyển, nung… lượng bụi tạo thành trong quá trình khai thác là: 0,4kg bụi/tấn đá trong công đoạn nổ mìn từ khai thác đá hộc. 0,14kg bụi/tấn đấ nghiền khô và 0,009kg/tấn theo phương pháp ướt. 0,17kg bụi/tấn đá khi bốc xếp, vận chuyển. Lượng bụi bay vào không khí khi khai thác đất sét được coi là không đáng kể (40 tấn/ năm) so với bụi do khai thác than đá, điều này được giải thích do độ ẩm tự nhiên của đất sét khá cao ( 16÷20%) nên ít gây bụi. Bụi đất, đất, than vào phổi thường gây kích thích cơ học, sinh phản ứng xơ hóa phổi, bệnh về hô hấp. Các phương pháp xử lý Phương pháp lọc bụi khô Buồng lắng bụi Cấu tạo: không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để vận tốc dòng khí đột ngột giảm xuống rất nhỏ ( hạt bụi có thời gian rơi xuống chạm đáy.
Hình 1: Cấu tạo buồng lắng bụi đơn và kép Ưu điểm : chi phí thiết bị và vận hành thấp, không có bộ phận chuyển động, không phải bảo trì thường xuyên, không có vật liệu dễ ăn mòn, có thể thêm thiết bị làm lạnh dòng khí. Nhược điểm : hiệu quả thu hồi kém, không xử lý được những hạt dính bám, chỉ thu hồi được bụi có kích thước lớn. Cyclon Hoạt động của xyclon dựa trên tác dụng của lực li tâm khi dòng khí chuyển động xoáy trong thiết bị. Do tác dụng của lực này, các hạt bụi có trong khí bị văng về phía thành cyclon và tách ra khỏi dòng khí lắng xuống. Khí sạch đi ra phía trên của thiết bị. Trong vòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác động của lực li tâm sẽ va vào thành ống do đó mất động năng nên bị rơi xuống đáy phễu. Ưu điểm : không có phần chuyển động, có thể làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất cao, trở lực hầu như cố định và không lớn, chế tạo đơn giản, rẻ, năng suất cao. Nhược điểm : hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm, không thể thu hồi bụi kết dính. Hệ thống lọc túi vải Hệ thống này bao gồm những túi vải hoặc túi sợi đan lại, dòng khí có thể lẫn bụi được hút vào trong ống nhờ một lực hút của quạt ly tâm. Những túi này được đan lại hoặc chế tạo cho kín một đầu. Hỗn hợp khí bụi đi vào trong túi, kết quả là bụi được giữ lại trong túi. Bụi càng bám nhiều vào các sợi vải thì trở lực do túi lọc càng tăng. Túi lọc phải được làm sạch theo định kỳ, tránh quá tải cho các quạt hút làm cho dòng khí có lẫn bụi không thể hút vào các túi lọc. Để làm sạch túi có thể dùng biện pháp rũ túi để làm sạch bụi ra khỏi túi hoặc có thể dùng các sóng âm thanh truyền trong không khí hoặc rũ túi bằng phương pháp đổi ngược chiều dòng khí, dùng áp lực hoặc ép từ từ. Một vài căn cứ để chọn túi lọc là nhiệt độ nung chảy, tính kháng axit hoặc kháng kiềm, tính chống mài mòn, chống co và năng suất lọc của từng loại vải. Một vài loại sợi thường được dùng bao gồm sợi bông, sợi len, nylon, sợi amiăng, sợi silicon, sợi thuỷ tinh. Thiết bị lọc bụi túi vải thường đặt phía sau thiết bị lọc bụi cơ học để giữ lại những hạt bụi nhỏ mà quá trình lọc cơ học không giữ lại được. Khi các hạt bụi thô hoàn toàn đã được tách ra thì lượng bụi giữ trong túi sẽ giảm đi. Một vài ứng dụng của túi lọc là trong các nhà máy xi măng, lò đốt, lò luyện thép và máy nghiền ngũ cốc. Phương pháp lọc tĩnh điện : Thiết bị lắng tĩnh điện là sử dụng một hiệu điện thế cực cao để tách bụi, hơi, sương, khói khỏi dòng khí. Có 4 bước cơ bản được thực hiện là: - Dòng điện làm các hạt bụi bị ion hoá; - Chuyển các ion bụi từ các bề mặt thu bụi bằng lực điện trường. - Trung hoà điện tích của các ion bụi lắng trên bề mặt thu. -Tách bụi lắng ra khỏi bề mặt thu. Các hạt bụi có thể được tách ra bởi một áp lực hay nhờ rửa sạch. Ưu điểm : hiệu quả thu hồi cao với những hạt có kích thước cực nhỏ (0,01µm) và nếu vận hành tốt có thể > 99,5%, tổn thất áp suất tương đối thấp, có thể xử lý lưu lượng lớn, lưu lượng dòng chảy vào thay đổi được, nồng độ bụi dao động 2,0- 250.000 mg/m3 , nhiệt độ khí thải cao 6500C Nhược điểm : chất ô nhiễm thể khí và hơi không thể thu hồi và xử lý, chi phí bảo dưỡng cao, dễ cháy nổ, vận hành phức tạp, khí Ozon và Nox tạo ra ở điện cực âm. Phương pháp lọc bụi ướt : Nguyên tắc của phương pháp lọc bụi ướt là người ta cho dòng không khí có chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thường là nước). Quá trình tiếp xúc có thể ở dạng hạt (khi nước được phun thành các hạt nước có kích thước nhỏ và mật độ cao), dạng bề mặt khi thiết bị có sử dụng lớp đệm (nước chảy trên các bề mặt vật liệu đệm), dạng bọt khí khi sử dụng tháp sủi bọt hay tháp mâm. Các hạt bụi có thể kết dính lại với nhau và bị giữ lại trong dung môi nhờ cơ chế va đập, tiếp xúc và khuếch tán còn dòng không khí sạch sẽ đi ra khỏi thiết bị. Ưu điểm : dễ chế tạo, giá thành thấp, hiệu quả cao, có thể làm việc với khí nhiệt độ và độ ẩm cao, lọc được khí độc Nhược điểm : phải xử lý cặn bùn, khí thoát mang theo hơi nước gây hen rỉ đường ống, khí thải có chứa chất ăn mòn.. So sánh các thiết bị lọc bụi Thiết bị  Kích cỡ hạt bụi bé nhất, µm  Giới hạn nhiệt độ làm việc, oC  Ưu điểm  Nhược điểm   Cyclon hoặc đường lắng   Dưới giới hạn cháy nổ của bụi  - Vốn thấp, ít phải bảo trì - Sụt áp nhỏ (5 – 15 mm H2O) - Thu bụi khô - Ít chiếm diện tích  - Hiệu suất thấp với bụi nhỏ hơn 10 µm. - Không thu được bụi có tính kết dính.   Rửa ướt  0,1-1  Kết hợp làm nguội khí thải  - Không sinh nguồn bụi thứ cấp - Ít chiếm diện tích - Có khả năng giữ cả khí và bụi - Vốn thấp  - Sinh ra nước thải - Chi phí bảo trì cao do nước rò rỉ, ăn mòn thiết bị.   Lọc tĩnh điện  0,25-1  < 450oC  - Hiệu suất lọc cao, tiết kiệm năng lượng - Thu bụi khô - Sụt áp nhỏ - Ít phải bảo trì - Xử lý lưu lượng lớn  - Vốn lớn - Nhạy với thay đổi dòng khí - Khó thu bụi có điện trở khá lớn - Chiếm diện tích lớn, dễ gây cháy nổ nếu khí chứa chất khí và bụi cháy được   Lọc bụi tay áo  0,1-0,5  < 250 oC  - Hiệu suất rất cao - Có thể tuần hoàn khí - Bụi thu được ở dạng khô - Chi phí vận hành thấp, có thể thu bụi dễ cháy - Dễ vận hành  - Cần vật liệu riêng ở nhiệt độ cao - Cần công đoạn rũ bụi phức tạp - Chi phí vận hành cao do vải dễ hỏng - Tuổi thọ giảm trong môi trường axit, kiềm - Thay thế túi vải phức tạp   (Nguồn: Đỗ Quang Minh, Trần Bá Việt, Công nghệ sản xuất xi măng Portland và các chất kết dính vô cơ, trang 282) Chương III : ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Cơ sở lựa chọn : Phạm vi sử dụng hợp lý của thiết bị lọc bụi phụ thuộc nhiều yếu tố như : kích thước hạt bụi, nhiệt độ khí thải, nồng độ ban đầu, điều kiện vận hành, …Do đó việc lựa chọn thiết bị lọc bụi chủ yếu được tiến hành theo các chỉ dẫn sơ bộ sau : Buồng lắng bụi : cần sử dụng chắc chắn trường hợp bụi thô, thành phần cỡ hạt trên 50 µm chiếm tỷ lệ cao. Ngoài ra buồng lắng bụi được sử dụng như cấp lọc thô trước các thiết bị lọc tinh đắt tiền khác. Cyclon thường được sử dụng trong các trường hợp : Bụi thô Nồng độ bụi ban đầu cao > 20 mg/m3 Không đòi hỏi hiệu quả lọc cao Khi cần đạt hiệu quả cao hơn nên dùng cyclon ướt hoặc cyclon chùm. Thiết bị lọc ướt được sử dụng khi : Cần lọc bụi mịn với hiệu quả tương đối cao Kết hợp giữa lọc bụi và khử khí độc hại trong phạm vi có thể, nhất là loại khí, hơi cháy được có mặt trong khí thải. Kết hợp làm nguội khí thải Độ ẩm trong khí thải đi ra khỏi thiết bị không gây ảnh hưởng gì đáng kể đối với thiết bị cũng như các quá trình công nghệ liên quan. Thiết bị lọc túi vải sử dụng trong các trường hợp sau : Cần đạt hiệu quả lọc tương đối cao Cần thu hồi bụi có giá trị ở trạng thái khô Lưu lượng khí thải cần lọc không quá lớn Nhiệt độ khí thải tương đối thấp nhưng phải cao hơn nhiệt độ điểm sương. Thiết bị lọc bụi bằng điện sử dụng trong : Cần lọc bụi tinh với hiệu quả lọc rất cao Lưu lượng khí thải cần lọc rất lớn Cần thu hồi bụi có giá trị Do bụi xi măng rất mịn , đường kính trung bình của hạt là 5 µm,cần thiết thu hồi bụi ở dạng khô nên thiết bị xử lý thích hợp là thiết bị túi vải dạng tay áo và thiết bị lọc điện. Tuy nhiên thiết bị tối ưu nhất là thiết bị lọc tay áo tái sinh vải lọc bằng khí nén vì : Ưu điểm thiết bị lọc túi vải so với thiết bị lọc điện : Hệ thống xử lý tương đối đơn giản và dễ chế tạo Hiệu quả xử lý cao Vận hành gần như tự động hoàn toàn do đó giảm được số lượng nhân công vận hành Thiết bị lọc tĩnh điện làm việc ở áp suất cao 30 – 50 Kw rất khó khăn cho việc nối cáp và cung cấp điện Chi phí lắp điện của thiết bị lọc điện cao hơn hẳn so với lọc tay áo có cùng năng suất Do đó ta lựa chọn thiết bị lọc bụi tay áo Sơ đồ công nghệ : Bụi và khí thải từ các nhà xưởng, bộ phận sản xuất phát sinh khí thải sẽ được thu gom thông qua các thiết bị chụp hút bụi. Sau đó, bụi và khí thải thông qua hệ thống ống hút đi đến thiết bị lọc tay áo. Tại đây, một phần các hạt bụi sẽ được giữ lại, rơi xuống đáy thiết bị và sẽ được thu hồi vào thùng chứa bụi. Khi bụi bám nhiều trên bề mặt của ống tay áo làm cho sức cản của chúng tăng cao gây ảnh hưởng tới năng suất lọc, người ta tiến hành quá trình rũ bụi định kì để tránh tắc lọc. Khí sạch sẽ xuyên qua túi lọc để đi lên phía trên đỉnh của thiết bị và được quạt hút hút ra ngoài môi trường thông qua ống khói. Hình 3: Quy trình công nghệ xử lý bụi nhà máy sản xuất xi măng Chương IV : GIỚI THIỆU VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LỌC BỤI TAY ÁO 4.1. Các thiết bị lọc bụi : Nguyên lý của các thiết bị lọc bụi là khi cho khí chứa bụi qua vách ngăn xốp (vật liệu lọc), các hạt rắn được giữ lại, chỉ cho khí xuyên qua. Trong thiết bị lọc bụi, các hạt bụi lắng đọng trên bề mặt và trong vật liệu lọc do tác dụng của lực quán tính và lực hút tĩnh điện. Các hạt bụi khô tích tụ trong các lỗ xốp hoặc tạo thành lớp bụi trên bề mặt vật liệu lọc và trở thành môi trường lọc đối với các hạt đến sau. Tuy nhiên, bụi tích tụ càng nhiều làm cho kích thước lỗ xốp và độ xốp chung của vật liệu lọc càng giảm, vì vậy sau một thời gian làm việc cần phải phá vỡ và loại lớp bụi ra. Như vậy, quá trình lọc phải kết hợp quá trình phục hồi vật liệu lọc. Thiết bị lọc bụi : lọc sạch bụi được chia làm 3 cấp : Làm sạch thô  Chỉ giữ được các hạt bụi có kích thước > 100µm, cấp lọc này thường để lọc sơ bộ ( Nồng độ bụi vào cao 60 g/m3).   Làm sạch trung bình  Không chỉ giữ được các hạt to mà còn giữ được các hạt nhỏ. Nồng độ bụi sau lọc còn khoảng 30 – 50 mg/m3 , vận tốc lọc 2,5-3 m/s. ( Hệ thống thông gió và điều hòa không khí )   Làm sạch tinh  Có thể lọc được các hạt bụi nhỏ hơn 10 µm với hiệu suất cao. Hiệu quả rất cao ( >99%) khi nồng độ đầu vào thấp (< 1 mg/m3) và vận tốc lọc < 10 cm/s.   Thiết bị lọc bụi tay áo : Thiết bị lọc tay áo là thiết bị lọc vải có vật liệu lọc dạng tay áo hình trụ và lắp vào một thiết bị hoàn chỉnh có kèm theo các bộ phận cơ giới hoặc bán cơ giới để giũ bụi . Thiết bị gồm nhiều ống tay áo đường kính 125 ÷ 300 mm, chiều cao từ 2÷3,5 m ( hoặc hơn ) đầu dưới liên kết vào bản đáy đục lỗ tròn bằng đường kính của ống tay áo hoặc lồng vào khung và cố định đầu trên vào bản đục lỗ. Tỷ lệ chiều dài và đường kính tay áo thường vào khoảng L/D = ( 16 ÷ 20 ) : 1. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị lọc bụi tay áo : Hình 1 : Sơ đồ cấu tạo của thiết bị lọc bụi tay áo a/ Thiết bị lọc bụi kiểu ống tay áo nhiều đơn nguyên giũ bụi bằng cơ cấu rung và thổi khí ngược chiều. 1- phễu chứa bụi với trục vít thải bụi: 2- cơ cấu rung để rũ bụi; 3- ống góp; 4- ống dẫn khí chứa bụi đi vào bộ lọc; 5- đơn nguyên đang thực hiện giũ bụi; 6- van; 7- khung treo các chùm ống tay áo; 8- van thổi khí ngược để giũ bụi; 9- ống dẫn khí sạch thoát ra; b/ Thiết bị lọc bụi ống tay áo có khung lồng và có hệ thống phụt khí nén kiểu xung lực để giũ bụi; 1- van điện từ; 2- ống dẫn không khí nén; 3- vòi phun; 4- dòng không khí nén; 5- hộp điều khiển tự động quá trình hoàn nguyên ( giũ bụi ); 6- ống tay áo; 7- khung lồng; 8- phễu chứa bụi Cơ chế của quá trình lọc : Giai đoạn đầu : khi thiết bị bắt làm việc, tức là khi vải còn sạch (chưa có bụi bám) do cơ chế va chạm , quán tính , khuếch tán xảy ra trên bề mặt sợi. Dần dần do quá trình lắng xảy ra bên trong các khe sẽ hình thành lớp bụi dày , lớp bụi này trở thành môi trường lọc “ thứ cấp” và hiệu quả lọc tăng lên đột ngột . Giai đoạn 2 : lắng các hạt trong lớp bụi bề mặt và trong vải có bụi bám chủ yếu dựa vào “hiệu ứng rây” , vì các khe trong lớp bụi, các thành phần bọc quanh (các hạt bụi kết tủa) và các hạt lắng có kích thước gần như nhau. Sau hoàn nguyên : giữa hai lần hoàn nguyên trên vải tạo thành lớp bụi dày thì hiệu quả lọc sẽ rất cao, thậm chí đối với các hạt rất mịn. Loại vải  Hiệu quả lọc η (%)    Vải sạch  Có bụi bám  Sau hoàn nguyên   Vải tổng hợp mỏng Vải tổng hợp dày có lông Vải len dày có lông  2 24 39  65 75 82  13 66 69   Hiệu quả lọc tốt hơn nếu khí lọc có nồng độ bụi cao, vì nếu nồng độ bụi thấp thì lớp xốp tạo thành chiếm nhiều thời gian. Phần lớn bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm dễ đông tụ tạo thành chất kết tụ bền vững trên bề mặt vải Khi hoàn nguyên phần kết tụ được đẩy ra, nhưng bên trong vải giữa các sợi và xơ vẫn còn lượng bụi lớn đảm bảo cho hiệu quả lọc cao, vì vậy khi hoàn nguyên không nên “ làm quá sạch vải ”. Đối với thiết bị lọc ống tay, hợp lý nhất là sử dụng vận tốc lọc 0,5-2 cm/s. Nếu vận tốc lọc lớn sẽ lèn chặt quá mức làm cho sức cản tăng đột ngột. Ngoài ra, khi vận tốc cao yêu cầu phải thường xuyên hoàn nguyên làm chóng hỏng vải và các cơ cấu của thiết bị. Vậy, để thiết bị làm việc đạt iệu quả cao, cần có bề mặt lọc lớn và không nên hoàn nguyên vật liệu lọc quá lâu. Nguyên lý hoạt động thiết bị lọc bụi tay áo : Khí cần lọc được đưa vào phễu chứa bụi rồi theo các ống túi vải đi từ trong ra ngoài (a) hoặc từ ngoài vào trong (b) để đi vào ống góp khí sạch và thoát ra ngoài. Khi bụi đã bám nhiều trên mặt trong (a) hoặc mặt ngoài (b) của ống tay áo làm cho sức cản của chúng tăng cao ảnh hượng tới năng suất lọc, người ta tiến hành hoàn nguyên bằng cách rung để giũ bụi kết hợp với thổi khí ngược từ ngoài vào trong ống tay áo (a) hoặc phụt không khí nén kiểu xung lực để không khí đi từ trong ra ngoài ống tay áo (b). Thiết bị lọc được chế tạo thành nhiều đơn nguyên và lắp ghép nhiều đơn nguyên để thành một hệ thống có năng suất lọc đáp ứng yêu cầu. Để hệ thống làm việc liên tục, quá trình hoàn nguyên được tiến hành định kỳ và tuần tự cho từng đơn nguyên hoặc từng nhóm đơn nguyên trong lúc các đơn nguyên khác trong hệ thống vẫn làm việc theo chu kỳ lọc bình thường. Khí thổi ngược (a) hoặc không khí nén phụt ra (b) trong quá trình hoàn nguyên được dẫn sang các đơn nguyên khác của hệ thống để nhập vào dòng khí cần lọc. Thiết bị lọc ống tay áo thường được chế tạo để làm việc trên đường ống hút của máy quạt, lúc đó vỏ hộp của thiết bị phải đảm bảo độ kín để hạn chế sự thâm nhập của không khí xung quanh của thiết bị. Trường hợp thiết bị được chế tạo để làm việc trên đường ống đẩy của quạt thì vỏ hộp của thiết bị trong nhiều trường hợp chỉ đóng vai trò bảo vệ các chùm ống tay áo, thậm chí không cần có vỏ thiết bị và khí thoát ra từ các ống tay áo có thể tuần hoàn trở lại vào phòng sản xuất hoặc trực tiếp thải ra khí quyển nếu trong khí thải không chứa các loại khí độc hại vượt quá giới hạn cho phép. Trường hợp này thường được áp dụng để lọc bụi bông, sợi trong công nghiệp sợi – dệt. Năng suất và hiệu quả lọc của thiết bị phụ thuộc rất nhiều vào chất liệu vải lọc. Vật liệu lọc của thiết bị lọc bụi tay áo : Vải bông : có tính lọc tốt và giá thấp nhưng không bền hóa học và nhiệt, dễ cháy và chứa ẩm cao. Vải len : có khả năng cho khí xuyên qua lớn, đảm bảo độ sạch ổn định và dễ phục hồi, không bền hóa và nhiệt, giá cao hơn vải bông. Khi làm việc ở nhiệt độ cao, sợi len trở nên giòn. Nhiệt độ làm việc tối đa là 90oC. Vải tổng hợp : bền nhiệt và hóa, giá rẻ hơn vải bông và vải len. Trong môi trường acid, nó có độ bền cao còn trong môi trường kiềm độ bền giảm. Ví dụ như vải nitơ được ứng dụng trong công nghiệp hóa chất và luyện kim màu khi nhiệt độ khí lên tới 120 ÷ 130oC. Vải thủy tinh : bền ở 150 ÷ 350 oC. Chúng được chế tạo từ thuỷ tinh nhôm silicat không kiềm hoặc thuỷ tinh magezit. Thông số vận hành của thiết bị : Nhóm bụi  Dạng bụi  Vận tốc lọc (m/ph) và hoàn nguyên vải lọc bằng     Rung và thổi  Thổi xung  Thổi ngược   1  Bồ hóng, chì, kẽm thăng hoa, thuốc nhuộm, bột, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, bột sữa, than hoạt tính,xi măng từ lò nung, bụi silic oxit, bụi tạo thành do ngưng tụ và phản ứng hoá học  0,45 ÷ 0,6  0,8 ÷ 2,0  0,33 ÷ 0,45   2  Sắt và hợp kim sắt thăng hoa, bụi lò đúc, đất sét, xi măng từ máy nghiền, vôi, phân bón (photphat amoni), bụi đá mài, nhựa, bột khoai tây.  0,6 ÷ 0,75  1,5 ÷ 2,5  0,45 ÷ 0,55   3  Hoạt thạch, than đá, bụi sản xuất gốm, tro, bồ hóng ( chế biến lần 2), bột màu, cao lanh, CaCO3, bụi quặng mỏ, boxit, xi măng từ thiết bị làm nguội, bụi tráng men.  0,7 ÷ 0,8  2,0 ÷ 3,5  0,6 ÷ 0,9   4  Amian, vải sợi, thạch cao,bụi sản xuất cao su, muối, bột mì, đá trân châu (peclit), bụi từ các quá trình mài bóng.  0,8 ÷ 1,5  2,5 ÷ 4,5    5  Thuốc lá, bụi da, thức ăn tổng hợp, bụi chế biến gỗ, sợi thực vật khô.  0,9 ÷ 2,0  2,5 ÷ 6,0    TÍNH TOÁN THIẾT BỊ Năng suất : Qv = 10000 m3/h Nồng độ bụi vào thiết bị : Cv = 100 g/m3 = 100000 mg/ m3 = 0,1 kg/m3 Nhiệt độ khói vào thiết bị : tov = 90oC Khói thải ra đạt tiêu chuẩn loại A Khối lượng riêng của không khí khô tại 90oC : (sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1) ρk =
Trong đó : p – áp suất tính bằng mmHg t – nhiệt độ không khí tính bằng oC ρ90 =
= 0,97 kg/m3 Chọn nhiệt độ khí ra tr = 300C Khối lượng riêng của không khí khô tại 30oC ρ90 =
= 1,157 kg/m3 Khối lượng riêng của bụi : ρb = 2900 kg/m3 Nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp được tính theo công thức sau: Cmax = C x KP x Kv Trong đó: Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp, tính bằng miligam trên mét khối khí thải chuẩn (mg/Nm3); C là nồng độ của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp. C = 50 mg/m3 ở điều kiện chuẩn (25oC và áp suất bằng 760 mmHg) theo QCVN 19 – 2009, loại A Kp : hệ số lưu lượng nguồn thải Lưu lượng nguồn thải (m3/h)  Hệ số Kp   P ≤ 20.000  1   20.000 < P ≤ 100.000  0,9   P>100.000  0,8   Kv là hệ số vùng, khu vực Phân vùng, khu vực  Hệ số Kv   Loại 1  Nội thành đô thị loại đặc biệt (1) và đô thị loại I (1); rừng đặc dụng (2); di sản thiên nhiên, di tích lịch sử, văn hóa được xếp hạng (3); cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vực này dưới 02 km.  0,6   Loại 2  Nội thành, nội thị đô thị loại II, III, IV (1); vùng ngoại thành đô thị loại đặc biệt, đô thị loại I có khoảng cách đến ranh giới nội thành lớn hơn hoặc bằng 02 km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vực này dưới 02 km.  0,8   Loại 3  Khu công nghiệp; đô thị loại V (1); vùng ngoại thành, ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh giới nội thành, nội thị lớn hơn hoặc bằng 02 km; cơ sở sản xuất công nghiệp, chế biến, kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động công nghiệp khác có khoảng cách đến ranh giới các khu vực này dưới 02 km (4) .  1,0   Loại 4  Nông thôn  1,2   Loại 5  Nông thôn miền núi  1,4   Cmax = 50
1
1 = 50 mg/m3 Nồng độ khí ra ở 30oC là : Cr = 50

= 49,17mg/m3 Hiệu suất làm việc của thiết bị : ( công thức 9-18, trang 315, Kỹ thuật thông gió, Trần Ngọc Chấn) η =
=
= 99,6 % Tính toán thiết bị tay áo : Theo Trần Ngọc Chấn, giáo trình ô nhiễm không khí và kỹ thuật xử lý khí thải, trang 162, lựa chọn thiết bị ống tay áo có các thông số sau : Đường kính ống tay áo D = 125 – 300 mm, chọn D = 250 mm = 0,25 m Chiều cao ống tay áo h = 2 – 3,5 m , chọn h = 2,5 m Diện tích một ống tay áo : S1ống =
=
0,25
2,5 = 1,96 m2 Diện tích bề mặt lọc : Sbề mặt =
=
= 74,4 m2 Với V: cường độ lọc (m3/m2.h), thường lấy V = 15 – 200 m3/m2.h, tùy thuộc vào khí, vải lọc, pha phân tán, nhiệt độ,… và được xác định theo thực nghiệm. Chọn V = 150 m3/m2.h η : hiệu suất bề mặt lọc. Chọn η = 85% (bảng 7.6,trang 178,Thiết kế thông gió công nghiệp, Hoàng Thị Hiền) Số ống tay áo : n =
=
=37,9 ống Chọn số ống tay áo là 42 ống Thiết kế thành 6 hàng, mỗi hàng gồm 7 ống Khoảng cách giữa các ống (ngang dọc như nhau): 8 – 10 cm, chọn 8 cm. Khoảng cách từ ống tay áo ngoài đến thành thiết bị: 8 – 10 cm, chọn 8 cm. Kích thước thiết bị: Dài = 0,25 . 7 + 0.08
8 = 2,39 m Rộng = 0,25 . 6 + 0.08
7 = 2,06 m. Chiều cao thiết bị = chiều cao ống tay áo + chiều cao phía trên ống tay áo + Chiều cao phía dưới ống tay áo + chiều cao thùng lấy bụi. ( Chiều cao thiết bị = 2500 + 1690 + 900 +1700 = 6790 mm = 6,79 m Kích thước thiết bị = 2,39 x 2,06 x 6,79 m Khối lượng bụi thu được: Khối lượng riêng hỗn hợp khí và bụi được tính theo công thức:
+ (1-
)
Trong đó: Khối lượng riêng của bụi:
= 2900 kg/m3 Khối lượng riêng của không khí ở 900C:
= 0,97 kg/m3 Nồng độ bụi vào :CV = 100 g/m3 = 0,1 g/m3 Thay thế các số liệu vào phương trình ta được phương trình sau:
- 0,97
- 289,903 = 0 Giải phương trình trên ta được:
= 17,5 kg/m3 Lượng hệ khí bụi vào ống tay áo: Gv = ρhh
Qv = 17,5
10000 = 175000 kg/h Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị lọc tay áo (% khối lượng) yv =

100%=

100% = 0,57 % Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi thiết bị (% khối lượng) yr = yv
(1 – η) = 0,57 × (1 – 0,996) = 2,28
10-3 % Lượng hệ khí bụi ra khỏi thiết bị Gr = Gv

= 175000

= 174007 kg/h Lượng khí sạch hoàn toàn Gs = Gv

= 175000

= 174002 kg/h Lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị Qr =
=
= 9943,26 m3/h Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn : Qs =
=
= 179383,5 m3/h Lượng bụi thu được : Gb = Gv – Gr = 17500 – 174007 = 993 kg/h Khối lượng bụi thu được trong một ngày: m = 993
24 = 23832 kg/ngày Thể tích bụi thu được : V =
= 8,2 m3 Tính toán trở lực và chọn quạt : Trở lực đường ống trước thiết bị : Lưu lượng khí đi vào : Q1 = 10000 m3/h Chọn đường kính ống dẫn khí vào d1 = 450 mm = 0,45 m Vận tốc khí vào v1 =
=
= 17,5 m/s Trở lực đường ống trước thiết bị :
P1 =
Pms1 +
Pcb1 , N/m2 (Công thức 7.1,Thiết kế thông gió công nghiệp,Hoàng Thị Hiền)
P1 : trở lực của đường ống trước thiết bị tay áo (N/m2)
Pms1 : trở lực của đường ống do ma sát trước thiết bị tay áo (N/m2)
Pcb1 : trở lực cục bộ đường ống trước thiết bị tay áo (N/m2) Trong đó :
Pms1 = R1
l1 l1 : chiều dài ống dẫn khí từ chụp hút đến thiết bị tay áo. Chọn l1 = 15 m R1 : tổn thất áp suất ma sát riêng ống dẫn khí từ chụp hút đến thiết bị tay áo, (Pa/m). R1 được xác định bằng cách tra phụ lục 9 giáo trình Thông gió, Hoàng Thị Hiền. Với Q1 = 10000 m3/h, d1 = 450mm tra phụ lục 9 ta có R = 6 Pa/m
Pms1 = R1
l1 = 6
15 = 90 N/m2 Tính
Pcb1 = ((cb1 . Pđ1 Pđ1 : áp suất động học trong đường ống trước thiết bị tay áo (kG/m2) Pđ1 =
=
= 273,2 kG/m2 ((cb : hệ số trở lực cục bộ ((cb1 = ( chụp hút + ( co ngoặt + Tại chụp hút : (chụp hút = 0,2 – 0,4 . Chọn (chụp hút = 0,3 ( phụ lục 7.5, Thiết kế thông gió công nghiệp, Hoàng Thị Hiền ) + Tại các đoạn co ngoặt : sử dụng các co 90o tiết diện tròn nhiều đốt với
= 2, α = 90o ==> (co ngoặt = 0,35 (phụ lục 4, Kỹ thuật thông gió, Trần Ngọc Chấn) ((cb = ( chụp hút + ( co ngoặt = 0,3 + 0,35 . 4 = 1,7
Pcb1 = ((cb1 . Pđ1 = 1,7
273,2 = 464,44 N/m2 Như vậy
P1 =
Pms1 +
Pcb1 = 90 + 464,44 = 554,44 N/m2 Tính quạt đưa khí vào thiết bị Công suất quạt hút vào thiết bị ( công thức 7.19, trang 176, Thiết kế thông gió công nghiệp, Hoàng Thị Hiền) Nq =
Trong đó : Q là lưu lượng khí (m3/s) ηq : Hiệu suất quạt, ηq = 0,6 ηt : Hiệu suất truyền động, ηt = 0,95 khi truyền động bằng đai hình thang Nq =
=
= 9727 W = 9,727 kW Chọn quạt “V – XêP” 7 – 40 No 6, ký hiệu “R”6 – 3b, công suất Nq = 15 kW (phụ lục 7.22, Thiết kế thông gió công nghiệp) Số vòng quay : 1790 v/ph Kiểu : 4A160S4 Công suất lắp đặt động cơ điện : (công thức 7.20,thiết kế thông gió công nghiệp, Hoàng Thị Hiền) Nlđ = kd
Nq = 1,1
9,727 = 10,7 kW Với kd : hệ số dự trữ công suất điện( tra bảng 7.4, trang 176, Thiết kế thông gió công nghiệp) . Chọn kd = 1,1 Tính toán trở lực của thiết bị : Tổn thất áp suất của thiết bị lọc túi vải được tính theo công thức sau: ∆Ptb = 0,2Vf + 5Cv(Vf)2.t (page 240, Chapter 9 - Particulate Emission Control, Environmental engineer’s mathematics handbook) Với : ∆Ptb : tổn thất áp suất trong thiết bị, inches H2O Vf : vận tốc lọc,ft/phút Vf =
=
= 0,037 m/s = 7,35 ft/phút Cv : nồng độ bụi vào, lb/ft3 Cv = 100000 mg/m3 = 6,24
lb/ft3 t: thời gian giữa các lần rung giũ,phút, chọn t = 2 phút ∆Ptb = 0,2
Vf + 5
Cv
(Vf)2
t = 0,2
+ 5
= 4,84 inches H2O = 1206 N/m2 1ft = 0,305m, 1lb = 0.45359237 kilograms, 1inches H2O = 25.4 millimeters H2O = 2,491mbar= 2,491.102 Pa or N/m2 Chọn thiết bị lọc bụi tay áo có hệ thống phụt khí nén kiểu xung lực để rũ bụi Chọn máy nén : Thời gian rũ bụi rất ngắn, thường chỉ vài giây đối với thiết bị rũ bụi bằng khí nén. Ta chọn thời gian rũ bụi là 5s Quá trình rũ bụi được điều khiển bởi các valve điện tử được gắn trực tiếp trên mỗi hàng ống dẫn khí (6 hàng ống dẫn khí, mỗi hàng có 7 ống thổi thẳng vào ống tay áo). Lưu lượng rũ bụi cho mỗi túi vải khoảng 5l/s, áp suất là 5atm. Lưu lượng cho mỗi lần rũ bụi : Q = 7
5 = 35 l/s = 126 m3/h Nguyên tắc rũ bụi : sau khi rũ bụi cho hàng thứ nhất xong, sau 2 phút valve khí tại hàng thứ hai sẽ hoạt động rũ bụi cho hàng túi thứ hai. Quá trình này sẽ lặp đi lặp lại cho tới hàng túi vải cuối cùng. Khi đó một chu kỳ rũ bụi mới cho hàng thứ nhất lại bắt đầu. Lượng khí nén trong 2 phút : V = Q
t = 35
2
60 = 4200 l = 4,2 m3 Chu kỳ rũ bụi cho một hàng tay áo = 6
2
60 + 6
5 = 750 s = 12,5 phút Chọn máy nén có áp suất 5atm, lưu lượng khí nén cho một lần rũ bụi là 126 m3/h Chọn vải tổng hợp làm ống tay áo Trở lực đường ống dẫn ra thiết bị : Lưu lượng khí đi vào : Q2 = 9943,26 m3/h Chọn đường kính ống dẫn khí vào d2 = 400 mm = 0,4 m Vận tốc khí vào v2 =
=
= 22 m/s Trở lực đường ống phía sau thiết bị :
P2 =
Pms2 +
Pcb2 (thiết kế thông gió công nghiệp,Hoàng Thị Hiền)
P2 : trở lực của đường ống sau thiết bị tay áo(N/m2)
Pms2 : trở lực của đường ống do ma sát sau thiết bị tay áo(N/m2)
Pcb2 : trở lực cục bộ đường ống sau thiết bị tay áo (N/m2) Trong đó :
Pms2 = R2
l2 l2 : chiều dài ống dẫn khí từ thiết bị tay áo đến ống khói. Chọn l2 = 12 m R2 : tổn thất áp suất ma sát riêng của đường ống từ thiết bị đến ống khói, (Pa/m). R được xác định bằng cách tra phụ lục 9 ,Thông gió, Hoàng Thị Hiền ). Với Qr = 9943,26 m3/h, d2 = 400mm tra phụ lục 9 ta có R = 10,2 Pa/m
Pms2 = R2
l2 = 10,2
12 = 122,4 N/m2 Tính
Pcb2 = ((cb2 . Pđ2 Pđ2 : áp suất động học đường ống phía sau thiết bị tay áo (kG/m2) Pđ2 =
=
= 432 kG/m2 ((cb2 hệ số trở lực cục bộ đường ống phía sau thiết bị tay áo ((cb2 = 3 . ( co ngoặt + Tại các đoạn ngoặt : sử dụng các co 90o tiết diện tròn nhiều đốt với
= 2, α = 90o ==> (co ngoặt = 0,35 (phụ lục 4, Kỹ thuật thông gió, Trần Ngọc Chấn) ((cb2 = ( co ngoặt = 0,35 . 3 = 1,05
Pcb2 = ((cb2 . Pđ2 = 1,05
432 = 454 N/m2 Như vậy :
P2 =
Pms2 +
Pcb2 = 122,4 + 454 = 576,4 N/m2 Tổn thất trên đường ống dẫn khí ra :
P2 =
P2 +
Ptb = 576,4 + 1206= 1782,4 N/m2 Tính quạt đưa khí ra ống khói : Công suất quạt hút vào thiết bị ( công thức 7.19, trang 176, Thiết kế thông gió công nghiệp, Hoàng Thị Hiền) Nq =
Trong đó : Q là lưu lượng khí (m3/s) ηq : Hiệu suất quạt, ηq = 0,6 ηt : Hiệu suất truyền động, ηt = 0,95 khi truyền động bằng đai hình thang Nq =
=
= 31093 W = 31,093 kW Chọn quạt “V – XêP” 6 – 45 No 8, ký hiệu “P”8- 4a, công suất Nq = 37 kW (phụ lục 7.22, Thiết kế thông gió công nghiệp) Số vòng quay : 1650 v/ph Kiểu : 4A200M4 Công suất lắp đặt động cơ điện : (công thức 7.20,thiết kế thông gió công nghiệp, Hoàng Thị Hiền) Nlđ = kd
Nq = 1,1
= 39,33 kW Với kd : hệ số dự trữ công suất điện( tra bảng 7.4, trang 176, Thiết kế thông gió công nghiệp) . Chọn kd = 1,1 Tính toán ống khói : Lưu lượng khí trong ống khói : Q = 9943,26 m3/h Chọn vận tốc dòng khí trong ống : v = 16 m/s Đường kính ống khói d =
=
= 0,47 m Chiều cao ống khói : H =
Trong đó : A : hệ số địa lý khu vực. A = 200 – 240 [ s2/3 (oC)2/3] . Chọn A = 240 đối với khu vực nhiệt đới F : hệ số phụ thuộc trạng thái chất khí F = 1 : chất ô nhiễm là khí F = 2 : thải bụi có hiệu quả lọc sạch ≥ 90 % F = 2,5 : thải bụi có hiệu quả lọc sạch 75 - 90 % F = 3 : thải bụi có hiệu quả lọc sạch ≤ 75% F = 2 Q : lưu lượng khí thải ( m3/h) (T : hiệu số giữa nhiệt độ khí thải và nhiệt độ khí quyển ( oC). Chọn nhiệt độ khí quyển là 27oC (T = 30 – 27 = 3oC M : tải lượng chất ô nhiễm thải (g/s) M = Q x Cr =
x 49,17 x 10-3 = 0,136 g/s m, n là các hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào điều kiện thoát ra của khí thải ở miệng ống khói Ta có : f =
Khi f ≤ 100 : m =
Khi f > 100 : m =
n = 3 khi Vm < 0,3 m/s n1 = 0,532

- 2,13
+ 3,13 khi 0,3 ≤ Vm ≤ 2 m/s n = 1 khi Vm > 2 m/s Trong đó đối với nguồn nóng : Vm = 0,65

Ccf là nồng độ bụi trong môi trường xung quanh theo QCVN 05- 2009 tại 250C Ccf = Ccftc
Kp
Kv Trong đó : Ccftc : nồng độ bụi tiêu chuẩn trong không khí xung quanh được quy định trong QCVN 05-2009. Ccftc = 0,2 mg/m3 tại 25oC Kp : hệ số theo lưu lượng nguồn thải . Kp = 1 Kv : hệ số vùng khu vực nơi có các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ. Kv = 1 Ccf = 0,2
1
1 = 0,2 mg/m3 Nồng độ khí ra tại 300C : Ccf30 = 0,2

= 0,19 mg/m3 Giả sử m = 1 ; n =1 H =
=
=13 m Dựa vào H ta tính lại H1 f1 =
=
= 237,3 > 100 m1 =
=
= 0,11 Vm1 = 0,65

= 0,65

= 0,56 m/s Ta có : 0,3 ≤ Vm1
2 m/s nên n1 = 0,532

- 2,13
+ 3,13 = 0,532
0,562 - 2,13
+ 3,13 = 2,1 H1 =
=
= 6,3 m
=

100 =

100 = 51,53% (loại) Dựa vào H1 ta tính lại H2 f2 =
=
=1010,5 > 100 m2 =
=
= 0,068 Vm2 = 0,65

= 0,65

= 0,71 Ta có 0,3 ≤ Vm2
2 nên n2 = 0,532

- 2,13
+ 3,13 = 0,532
0,712 - 2,13
+ 3,13 = 1,88 H2 =
=
= 4,66 m
=

100 =

100 = 26,03 % (loại) Dựa vào H2 ta tính lại H3 f3 =
=
= 1847 > 100 m2 =
=
= 0,055 Vm3 = 0,65

= 0,65

= 0,79 Ta có 0,3 ≤ Vm3
2 nên n3 = 0,532

- 2,13
+ 3,13 = 0,532
0,792 - 2,13
+ 3,13 = 1,8 H3 =
=
= 4,1 m
=

100 =

100 = 12 % (loại) Dựa vào H3 ta tính lại H4 f4 =
=
= 2386 > 100 m4 =
=
= 0,051 Vm3 = 0,65

= 0,65

= 0,82 Ta có 0,3 ≤ Vm3
2 nên n3 = 0,532

- 2,13
+ 3,13 = 0,532
0,822 - 2,13
+ 3,13 = 1,74 H4 =
=
= 3,84 m
=

100 =

100 = 6,34 % (loại) Chọn H = 4 m Vậy chiều cao ống khói = 4 + 4 = 8 m Tính toán cơ khí của thiết bị Chọn vật liệu Điều kiện làm việc của thiết bị: Thiết bị làm việc trong môi trường ăn mòn do xi măng Nhiệt độ làm việc toC = 90oC Thiết bị làm việc chịu áp suất trong với áp suất làm việc Plv = 1at = 9,81.104 N/m2 = 0,0981 N/m2 Chọn vật liệu là thép cacbon thường để chế tạo thiết bị: Tra bảng XII.4, XII.7, XIII.8 trong Sổ tay quá trình thiết bị tập 1, ta được: Ký hiệu thép CT3 Giới hạn bền σk = 380.106 N/m2 Giới hạn chảy σc = 240.106 N/m2 Chiều dày tấm thép b = 4 – 20 mm. Độ giãn tương đối δ = 25% Hệ số dẫn nhiệt λ = 50 W/m.oC Khối lượng riêng: ρ = 7850 kg/m3 Áp suất thử thủy lực Pth = 1,5 Plv Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên. Hệ số hiệu chỉnh η = 1 Hệ số an toàn bền kéo nk = 2,6 Hệ số an toàn bền chảy nc = 1,5 Hệ số bền mối hàn φh = 0,95 Điều kiện làm việc của thiết bị : Ứng suất cho phép của vật liệu theo giới hạn bền:
=

η =

1= 146,15.106 N/m2
=

η =

1= 160.106 N/m2 Vậy dùng [σk] = 146,15.106 N/m2 để tính toán Chiều dày thân: Áp suất tính toán trong thiết bị: P = Plv = 9,81.104 N/m2 Xét:


=

0,95= 1415,3 > 50 Nên công thức tính bề dày thân thiết bị S =
+ C Trong đó: Dt: đường kính quy đổi Diện tích hình chữ nhật : FCN = 2,39
2,06 = 4,92 m2 Diện tích hình tròn : Ftròn = FCN =
Dt =
=
= 2,5 ( m ) P : áp suất làm việc trong tháp, P = 9,81.104 N/m2. [σk]: ứng suất cho phép tiêu chuẩn, [σk] = 146,15.106 φh: hệ số bền mối hàn, φh = 0,95. ( S =
+ C = 8,83.10-4 + C (m) Với C = C1 + C2 + C3 C1 = 1 mm: hệ số bổ sung do bào mòn hóa học trong thời hạn sử dụng thiết bị là 15 năm với tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm. C2 = 0 mm: hệ số bổ sung do hao mòn, chỉ cần tính đến trong các trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn ở trong thiết bị. Đại lượng C2 thường chọn theo thực nghiệm. Đa số trường hợp khi tính toán thiết bị hóa chất, ta có thể bỏ qua C2. C3 = 0,8 mm: hệ số bổ sung do dung sai âm (tra bảng XIII.9 – tập 2 sổ tay thiết bị) ( C = 0,883 + 0 + 0,8 = 1,8 mm. Chiều dày thực của thân: S = 0,883 + 1,8 = 2,683 mm ( Chọn S = 3 mm. Kiểm tra lại ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử tính toán: Áp suất thử pth được tính theo công thức bảng XIII.5 – tập 2 sổ tay thiết bị: Pth = 1,5 × Plv = 1,5 × 9,81 × 104 = 14,715.104 N/m2 Ứng suất theo áp suất tính toán :

=
= 161,426 . 106 N/m2 Xét:
=
= 316,67.106 (N/m2) > σ Vậy chọn S = 3 mm. Chương V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận : Công nghệ xử lý bụi xi măng bằng lọc bụi tay áo có giá thành tương đối thấp, cơ chế vận hành dễ dàng, thu hồi gần như hoàn toàn bụi phát sinh. Chúng ta có thể sử dụng lại bụi xi măng cho quá trình sản xuất. Công nghệ này thường được sử dụng rông rãi nhờ khả năng giữ bụi của nó với các hạt có đường kính cỡ vài µm và giá thành của nó. Kiến nghị : Trong quá trình vận hành, yêu cầu người vận hành phải thực hiện đúng quy trình, thường xuyên vệ sinh thiết bị, máy móc để hệ thống làm việc có hiệu quả cao và tăng tuổi thọ của công trình. Nhà máy cần có cán bộ chuyên trách được đào tạo và vận hành hệ thống theo quy trình đã định. Khi có sự cố cần liên hệ với các cơ quan chuyên môn để giải quyết. Mặt khác, nhà máy cần có sự liên hệ thường xuyên với các cơ quan chức năng để được hướng dẫn cụ thể về chính sách bảo vệ môi trường và các vấn đề có lên quan tới môi trường. Mặc dù thiết bị lọc túi vải có hiệu suất lọc rất cao nhưng chúng ta cần kết hợp thêm các biện pháp xử lý khác, thiết bị đi kèm nhằm giảm tối đa chất thải vào môi trường như các thiết bị cyclon, lọc bụi tĩnh điện,..hay kết hợp thiết bị với hệ thống xử lý CO2, SO2,… nhằm bảo vệ môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Ngọc Chấn, Kỹ thuật thông gió, Nhà xuất bản xây dựng, 1998. Hoàng Thị Hiền, Thiết kế thông gió công nghiệp, Nhà xuất bản xây dựng, 2000. Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 2, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2001. Đinh Xuân Thắng, Giáo trình ô nhiễm không khí, Nhà xuất bản đại học quốc gia, 2007. Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.